linux编程的108种奇淫巧计-15(减少复制)[续]

来源：互联网发布：股票新闻软件知乎编辑：程序博客网时间：2024/06/05 23:56

接上文：linux编程的108种奇淫巧计-15(减少复制)

上回提到了用movntdq指令写xmm寄存器的方式，可以获得性能上的收益，并且指出在默认的情况下，在发生写入的时候，需要先从低层次存储层次refill到高层次存储层次（可以简单认为从内存refill进cache)，然后再cache中更新，再write back，特别强调的是，这是默认的方式。

实际上，高一级存储层次，向低一级存储层次写入有两种方式，一种是默认的write back，一种是write through。而我们使用的movntdq指令就是write through方式，必须通过汇编的方式来实现，高级语言通常没有这个效果。怎么理解write back和write through的区别呢？

对于write back,因为我们知道机器存储层次分为多层，为了保证一致性，必须每一层相同的数据都是一致的，不可能分秒都是一致的，但是在不影响计算逻辑的前提下，需要有一致性的保证，那么write back方式在写的时候有两种情况：A）当写入的地址恰好在cache的某条cache line中，那么直接在cache中写入数据，并且标记该cache line为dirty，此后不发生对内存实际地址的写回，直到发生cache被替换策略时，才将dirty的这条cache line写入到内存中。B）当写入的地址恰好不在cache中（任何一条cache line都不match），首先需要执行一次refill操作，将内存中的数据读入到cache line中，然后将数据写入该cache line，此后不发生对内存地址的写回，直到发生cache被替换策略时，才将dirty的这条cache lien写入内存。

举个例子：

某个程序需要执行这样几条命令，按顺序如下：

（1）在地址0x00FFFF00处写入64个字节的数据[PENNYLIANG...]

（2）其他命令（64个字节保持在cache中，没有被替换掉)

（3）读取0x00FFFF00处的64个字节的数据

(4) 某条命令（该命令将[PENNYLIANG...]这段数据换出了cache(L1 cache只有32k，必然会有被换出的可能)

（5）读取0x00FFFF00处的64个字节的数据

(6) 某条命令（该命令将[PENNYLIANG...]这段数据又一次换出了cache

(7) 在地址0x00FFFF00处写入64个字节的数据[奇淫巧计...]

(8) 某条命令（该命令将[奇淫巧计...]这段数据又一次换出了cache

从此前介绍的内容，我们不难得到这样几个结论：

1）在命令(4)之前，写入的数据总是保持在cache中，命令3从cache中读取的[PENNYLIANG...]

2) 命令(4)导致了cache中数据和内存的一次同步

3) 命令(5)发生了一次cache read miss，需要从内存中refill[PENNYLIANG...]到cache中。

4）命令(7)发生了一次cache write miss,需要两次内存访问实现写入，第一次refill，另一次在指令(8)时write back。

不难得到，write back在程序局部性好的情况下，是非常有利的，只要cache 命中了，就可以只在cache中转，而不发生写回，比如指令(3)就直接在cache中得到，如果对这个数据多次写，那么直接在cache中发生，根本不会每次写都体现在内存上。

在理解了write back后，就很容易理解write through了，write through直接从cache写穿到内存，只有单向的过程，没有内存到cache的refill，相当于减少了低层存储层次数据向高层存储层次的复制过程，在大规模数据写入的时候才能体现威力。

我们这里举得例子是cache，或者说L1 cache和内存的关系，广义上看是高层次存储结构和低层次存储结构的关系，内存和磁盘也可以构成这样一个write back和write through的情况，可以看到在小数据量的情况下write back总是最好的，而当发生大量数据写入时write through的方式会更有优势，以后我们会给出这个例子。

参考阅读：

http://www-903.ibm.com/kr/techinfo/xseries/download/write_back_vs_write_through.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/CPU_cache